JP2015162500A - Semiconductor device manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば光通信などに用いられる半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device used for optical communication, for example.
特許文献1は、リッジストライプの左右に化合物半導体層(InP埋め込み層)をエピタキシャル成長すると、化合物半導体層に凸部が形成されることを開示している。特許文献1に開示の技術は、この凸部を、塩酸と酢酸と過酸化水素水とよりなるエッチャントを使ってウェットエッチングするものである。 Patent Document 1 discloses that when a compound semiconductor layer (InP buried layer) is epitaxially grown on the left and right sides of a ridge stripe, convex portions are formed in the compound semiconductor layer. The technique disclosed in Patent Document 1 wet-etches the convex portion using an etchant made of hydrochloric acid, acetic acid, and hydrogen peroxide.
化合物半導体層の凸部は半導体装置の特性を劣化させるので除去することが望ましい。この凸部はウェットエッチングで除去できる。しかしながら、化合物半導体層に接し、かつ活性層の上に形成された上部半導体層が、当該ウェットエッチングによってエッチングされて、活性層が露出する問題があった。活性層が露出すると、活性層が表面酸化して半導体装置の光閉じ込め性などが劣化する。そのため、凸部を除去する際には、活性層が露出しないようにすべきである。また、上部半導体層のエッチング量が増えると光閉じ込め効果を損なうので、上部半導体層のエッチング量を抑制するべきである。 The convex portions of the compound semiconductor layer are desirably removed because they deteriorate the characteristics of the semiconductor device. This convex portion can be removed by wet etching. However, there is a problem that the upper semiconductor layer that is in contact with the compound semiconductor layer and formed on the active layer is etched by the wet etching to expose the active layer. When the active layer is exposed, the surface of the active layer is oxidized and the optical confinement property of the semiconductor device is deteriorated. Therefore, the active layer should not be exposed when removing the protrusions. Further, since the light confinement effect is impaired when the etching amount of the upper semiconductor layer is increased, the etching amount of the upper semiconductor layer should be suppressed.
特許文献1に開示の技術では、当該凸部をウェットエッチングする際に、クラッド層(上部半導体層)上のコンタクト層及び速度調整層によってクラッド層のエッチングを防止している。そして、確実にクラッド層のエッチングを防止するためには、コンタクト層及び速度調整層の層厚を厚くする必要があり、製造コストが増加する問題があった。さらに、コンタクト層にドープされたドーパントが、化合物半導体層の形成時の高温によって拡散し、半導体装置の特性を低下させる問題があった。 In the technique disclosed in Patent Document 1, etching of the clad layer is prevented by a contact layer and a speed adjustment layer on the clad layer (upper semiconductor layer) when the convex portion is wet-etched. In order to reliably prevent the cladding layer from being etched, it is necessary to increase the thickness of the contact layer and the speed adjusting layer, which increases the manufacturing cost. Further, the dopant doped in the contact layer diffuses due to the high temperature at the time of forming the compound semiconductor layer, thereby deteriorating the characteristics of the semiconductor device.
また、特許文献1では、クラッド層のエッチングを抑制するために、化合物半導体層の凸部を構成する成長停止面(111)面を速度調整層の上面よりも高くしていた。そのため、化合物半導体層の層厚が限定される問題があった。 In Patent Document 1, in order to suppress the etching of the cladding layer, the growth stop surface (111) surface constituting the convex portion of the compound semiconductor layer is made higher than the upper surface of the speed adjustment layer. Therefore, there is a problem that the layer thickness of the compound semiconductor layer is limited.
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、弊害を伴うことなく、活性層の露出及び上部半導体層のエッチング量を抑制しつつ、化合物半導体層の凸部を除去できる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and can remove the convex portion of the compound semiconductor layer while suppressing the exposure of the active layer and the etching amount of the upper semiconductor layer without causing any adverse effects. An object is to provide a method for manufacturing a semiconductor device.
本願の発明に係る半導体装置の製造方法は、基板の一部に、活性層と、該活性層の上に形成された上部半導体層と、該上部半導体層の上に形成されたマスクとを備えるレーザ部を形成するレーザ部形成工程と、Inを含有する材料で、該レーザ部の側面に接し、該レーザ部と接する部分に凸部を有する化合物半導体層を形成する半導体層形成工程と、臭化水素酸と酢酸を含むエッチャントによって、該凸部を除去し、該化合物半導体層を平坦にするウェットエッチング工程と、を備える。そして、該ウェットエッチング工程によって、該マスクの下の該上部半導体層に(111)A面が形成される。 A method of manufacturing a semiconductor device according to the invention of the present application includes an active layer, an upper semiconductor layer formed on the active layer, and a mask formed on the upper semiconductor layer on a part of a substrate. A laser part forming step for forming a laser part; a semiconductor layer forming process for forming a compound semiconductor layer having a convex portion at a part in contact with the side surface of the laser part and in contact with the laser part with a material containing In; And a wet etching step of removing the convex portion and flattening the compound semiconductor layer with an etchant containing hydrofluoric acid and acetic acid. Then, a (111) A plane is formed in the upper semiconductor layer under the mask by the wet etching process.
本発明によれば、ウェットエッチング工程において上部半導体層に(111)A面を形成して上部半導体層のサイドエッチングを停止させるので、活性層の露出及び上部半導体層のエッチング量を抑制しつつ、化合物半導体層の凸部を除去できる。 According to the present invention, since the (111) A plane is formed in the upper semiconductor layer in the wet etching process and the side etching of the upper semiconductor layer is stopped, the exposure of the active layer and the etching amount of the upper semiconductor layer are suppressed, The convex part of the compound semiconductor layer can be removed.
本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。 A method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The same or corresponding components are denoted by the same reference numerals, and repeated description may be omitted.
実施の形態1.
本発明の実施の形態1に係る半導体装置の製造方法では、リッジストライプ形状を有するレーザ部の左右に電流ブロック層として機能する化合物半導体層を備えた半導体装置を形成する。まずレーザ部を形成する。図1は、レーザ部18を示す断面図である。基板10はInPで形成されている。基板10の一部に活性層12が形成されている。活性層12は、InGaAsP量子井戸層とInGaAsPバリア層が交互に繰り返し積層した多重量子井戸構造となっている。活性層12の上にInPを材料とする上部半導体層14が形成されている。
Embodiment 1 FIG.
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, a semiconductor device including compound semiconductor layers that function as current blocking layers on the left and right sides of a laser portion having a ridge stripe shape is formed. First, a laser part is formed. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the
上部半導体層14の上にマスク16が形成されている。マスク16はInGaAsで形成されている。活性層12、上部半導体層14、及びマスク16がレーザ部18を構成している。図1に示すレーザ部18を形成する工程をレーザ部形成工程と称する。レーザ部形成工程では、まず、基板10の全面に、活性層、上部半導体層、及びマスクを形成する。次いで、マスクをパターニングした後に、上部半導体層と活性層のうちマスク16に覆われていない部分をドライエッチング又はウェットエッチングする。このとき基板の一部をエッチングする。こうして、図1に示すレーザ部18を形成する。なお、別の方法でレーザ部18を形成してもよい。
A
次に、化合物半導体層を形成する。図2は、化合物半導体層20A、20Bを示す断面図である。化合物半導体層20A、20Bは、基板10の(100)面の上に、レーザ部18の側面に接するように形成されている。化合物半導体層20A、20BはInPで形成されている。活性層12と上部半導体層14は、化合物半導体層20A、20Bによって埋め込まれている。
Next, a compound semiconductor layer is formed. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the
化合物半導体層20A、20Bは、例えば、p−InP層とn−InP層を交互に積層し、pnpn又はnpnpのサイリスタ構造とする。しかしながら、化合物半導体層20A、20Bの構造は、電流ブロック層として機能する限り特に限定されない。
In the
化合物半導体層20A、20Bは、それぞれ、レーザ部18と接する部分に凸部20a、20bを有している。凸部20a、20bは、化合物半導体層20A、20Bの中で最も上方に高く伸びる部分である。凸部20a、20bには(111)B面が露出している。
The compound semiconductor layers 20 </ b> A and 20 </ b> B have
図2に示す化合物半導体層20A、20Bを形成する工程を半導体層形成工程と称する。半導体層形成工程では、有機金属気相成長法(MOCVD法)で化合物半導体層20A、20Bをエピタキシャル成長させる。凸部20a、20bが形成される理由は2つある。第1の理由は、成長レートの面方位依存性である。IIII-V族結晶材料をMOCVDによって成長する場合、通常はV族原料ガス供給量がIII族ガス供給量より多い。そのような成長条件においては、(100)面に比べて(111)A面の成長レートが高くなり、一方、(111)B面の成長レートは低くなる。そのため、凸部20a、20bが形成される。
The step of forming the
第2の理由は、マスク上に供給された材料がマスク表面から半導体基板表面へマイグレーションすることである。その結果、マスクの横での化合物半導体層のエピタキシャル成長が促進され、マスク16のすぐ横に凸部20a、20bが形成される。なお、凸部20a、20bの高さは、成膜条件等で変動するが、例えば0.1μm〜3μm程度である。
The second reason is that the material supplied on the mask migrates from the mask surface to the semiconductor substrate surface. As a result, the epitaxial growth of the compound semiconductor layer on the side of the mask is promoted, and the
次に、ウェットエッチングで凸部を除去する。図3は、ウェットエッチングの途中の化合物半導体層等の断面図である。ウェットエッチングには、臭化水素酸:酢酸:水の混合比が1:3:1のエッチャントを用いる。このエッチャントによるエッチングレートは、被エッチング物の結晶面方位に依存している。ウェットエッチングをはじめると、凸部20a、20bの(111)B面のエッチングが進行し、図3に示されるように、凸部20a、20bが小さくなる。
Next, the convex portion is removed by wet etching. FIG. 3 is a cross-sectional view of the compound semiconductor layer and the like during wet etching. For wet etching, an etchant having a mixing ratio of hydrobromic acid: acetic acid: water of 1: 3: 1 is used. The etching rate by this etchant depends on the crystal plane orientation of the object to be etched. When wet etching is started, etching of the (111) B surface of the
ウェットエッチングは、凸部20a、20bが除去され、化合物半導体層20A、20Bが平坦になると終了する。図4は、ウェットエッチング終了時の半導体装置の断面図である。ウェットエッチングで化合物半導体層20A、20Bの(100)面のエッチングが進行した結果、マスク16の下の上部半導体層14がサイドエッチングされる。このサイドエッチングにより、マスク16の下の上部半導体層14に(111)A面14a、14bが形成される。(111)A面14a、14bが形成されるのは、(111)A面14a、14bに対するエッチングレートが低く、(111)A面14a、14bでエッチングが停止するためである。
The wet etching ends when the
ウェットエッチング工程で上部半導体層14に(111)A面14a、14bが形成された結果、上部半導体層14は逆メサ形状となる。なお、ここではリッジストライプ方向は(011)面であるが、リッジストライプ方向が(0−11)面の場合は、上部半導体層は順メサ形状となる。
As a result of forming the (111) A surfaces 14a and 14b in the
このように、化合物半導体層20A、20Bの表面に(100)面を露出させて化合物半導体層20A、20Bの表面を平坦にして、上部半導体層14の側面に(111)A面を形成する工程を、ウェットエッチング工程と称する。
In this manner, the (100) plane is exposed on the surfaces of the
ウェットエッチング工程は、凸部20a、20bを除去するために行われるので化合物半導体層20A、20Bの(100)面のエッチングは可能な限り抑制することが望ましい。そして、臭化水素酸:酢酸:水の混合比が1:3:1のエッチャントを使うことで、(100)面のエッチングを抑制することができる。
Since the wet etching process is performed to remove the
発明者が行った実験では、ウェットエッチング工程における(100)面のエッチングレートは30nm/minであり、凸部の(0−11)面のエッチングレートは4500nm/minであった。従って、(100)面よりも、(0−11)面及び(01−1)面のウェットエッチングを急速に進行させることができる。この効果は、臭化水素酸のエッチングレートの面方位依存性が、酢酸によって促進されたためである。 In the experiment conducted by the inventors, the etching rate of the (100) plane in the wet etching process was 30 nm / min, and the etching rate of the (0-11) plane of the convex portion was 4500 nm / min. Therefore, wet etching of the (0-11) plane and the (01-1) plane can be advanced more rapidly than the (100) plane. This effect is because the plane orientation dependence of the etching rate of hydrobromic acid was promoted by acetic acid.
ただし、 (0−11)面のエッチングレートは、エッチャントの濃度に依存しており、エッチャントを水で希釈していくとエッチングレートの面方位依存性が弱まる傾向にある。また、凸部上にマスクを形成しない場合は、 (0−11)面のエッチングレートが高くなるが、凸部上にマスクを形成した場合は、凸部の(111)B面が露出していても、(0−11)面のエッチングはほとんど進行しない。 However, the etching rate of the (0-11) plane depends on the concentration of the etchant. When the etchant is diluted with water, the dependency of the etching rate on the plane orientation tends to be weakened. In addition, when the mask is not formed on the convex portion, the etching rate of the (0-11) plane is increased. However, when the mask is formed on the convex portion, the (111) B surface of the convex portion is exposed. However, the (0-11) plane etching hardly proceeds.
図1のレーザ部18を形成するドライエッチングにより基板10にダメージが及ぼされたり基板10のラフネスが高くなったりすると、基板表面に(100)面以外の面が形成される。その結果、ウェットエッチング工程での(100)面のエッチングレートが例えば56nm/minにまで上昇してしまう。そのため、ドライエッチングを行う際は、基板の(100)面のダメージ及びラフネスを低減するべきである。
When the
次に、マスクを除去し、コンタクト層を形成する。図5は、コンタクト層22を形成したことを示す断面図である。コンタクト層22は、InGaAsで、化合物半導体層20A、20Bと上部半導体層14を覆うようにエピタキシャル成長で形成する。
Next, the mask is removed and a contact layer is formed. FIG. 5 is a cross-sectional view showing that the
次に、レジストを形成する。図6は、レジスト24を形成したことを示す断面図である。レジスト24は全面に形成する。次に、このレジスト24をパターニングする。図7は、パターニングされたレジスト24を示す断面図である。次に、このレジスト24をマスクにしてコンタクト層22の一部と化合物半導体層20A、20Bの一部をウェットエッチングする。図8は、ウェットエッチング後の半導体装置の断面図である。図8の構造を形成した後、レジスト24を剥離し、絶縁膜を形成し、電極を形成し、半導体装置の表面プロセスが完了する。さらに、基板厚が100μm程度になるまで基板を薄板化し、裏面電極を形成し、チップ状に分離することで、半導体装置が完成する。なお、完成した半導体装置は、チップ端面にコート膜を形成し、パッケージング等のアセンブリ工程を経て製品となる。
Next, a resist is formed. FIG. 6 is a cross-sectional view showing that the resist 24 is formed. The resist 24 is formed on the entire surface. Next, this resist 24 is patterned. FIG. 7 is a cross-sectional view showing the patterned resist 24. Next, part of the
化合物半導体層の凸部を残したままコンタクト層をエピタキシャル成長すると、コンタクト層内に結晶欠陥及び結晶転移が発生することがある。そして、コンタクト層の一部をウェットエッチングする際に、欠陥等の存在する部分が選択的にエッチングされて、コンタクト層が形状異常となってしまう。そして、この光導波路近傍の不均一な形状が、実効的な屈折率を変化させ、導波する光を散乱又は反射させてしまう。 When the contact layer is epitaxially grown while leaving the convex portion of the compound semiconductor layer, crystal defects and crystal transition may occur in the contact layer. When a part of the contact layer is wet-etched, a part where a defect or the like exists is selectively etched, and the contact layer becomes abnormal in shape. The non-uniform shape near the optical waveguide changes the effective refractive index and scatters or reflects the guided light.
さらに、凸部を残したままにすると、レジスト24の形成及びそのパターニングの精度を悪化させたり、コンタクト層上に形成する電極の被覆異常を引き起こしたりする。このように、化合物半導体層の凸部を残したままプロセスを続けると、後の工程が狙い通り行えないことがある。 Further, if the convex portion is left, the accuracy of formation of the resist 24 and its patterning is deteriorated, or the covering abnormality of the electrode formed on the contact layer is caused. As described above, if the process is continued while leaving the convex portions of the compound semiconductor layer, the subsequent steps may not be performed as intended.
そこで、本発明の実施の形態1に係る半導体装置の製造方法では、ウェットエッチング工程で凸部20a、20bを除去し化合物半導体層20A、20Bを平坦化する。化合物半導体層20A、20Bを平坦にすることで上記の弊害を回避できる。
Therefore, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, the
例えば、ウェットエッチング工程で塩酸、酢酸、過酸化水素水、及び水を含むエッチャントを用いた場合、凸部の除去は可能であるものの、上部半導体層にエッチングレートの低い(111)A面が形成されにくい。従って、上部半導体層のサイドエッチングが進行し、マスクが剥がれることでさらに上部半導体層のエッチングが進み、活性層が露出してしまう。 For example, when an etchant containing hydrochloric acid, acetic acid, hydrogen peroxide solution, and water is used in the wet etching process, the convex portion can be removed, but a (111) A surface having a low etching rate is formed in the upper semiconductor layer. It is hard to be done. Accordingly, the side etching of the upper semiconductor layer proceeds and the mask is peeled off, so that the etching of the upper semiconductor layer further proceeds and the active layer is exposed.
これを防止するために、本発明の実施の形態1のウェットエッチング工程では、臭化水素酸:酢酸:水の混合比が1:3:1のエッチャントを用いた。このエッチャントを用いることによる主要な効果は3つある。第1に、このエッチャントを用いるとエッチングが進みにくい(111)A面が上部半導体層14に形成され、上部半導体層14のサイドエッチングを止めることができる。そのため、マスクを残すことができるので、活性層の露出を回避できる。なお、ここでいう(111)A面とは、(111)A面に非常に近く、(111)A面と同様にエッチングが進みにくい面を含む。
In order to prevent this, an etchant having a mixture ratio of hydrobromic acid: acetic acid: water of 1: 3: 1 was used in the wet etching process of the first embodiment of the present invention. There are three main effects of using this etchant. First, when this etchant is used, a (111) A surface that is difficult to etch is formed in the
第2に、臭化水素酸:酢酸:水の混合比が1:3:1のエッチャントは、凸部の(111)B面に対して高いエッチレートを有しているので、凸部を速やかに除去できる。凸部20a、20bの横方向へのエッチングを速やかに進めつつ、上部半導体層14のサイドエッチングを停止できるのは、凸部20a、20bはマスクで覆われていないため、エッチング中に(111)A面を保持することができないが、上部半導体層14はマスク16で覆われているため、エッチング中に形成された(111)A面を保持することができるためと考えられる。
Second, an etchant having a mixture ratio of hydrobromic acid: acetic acid: water of 1: 3: 1 has a high etch rate with respect to the (111) B surface of the protrusion, so that the protrusion is quickly Can be removed. The side etching of the
第3に、臭化水素酸:酢酸:水の混合比が1:3:1のエッチャントは、(100)面へのエッチレートは比較的低いので、(100)面のエッチングは抑制することができる。第1〜第3の効果により、マスク剥離を回避し、凸部を速やかに除去し、(100)面のエッチングを抑制できる。 Third, an etchant having a mixture ratio of hydrobromic acid: acetic acid: water of 1: 3: 1 has a relatively low etch rate on the (100) plane, and therefore, etching of the (100) plane can be suppressed. it can. By the first to third effects, mask peeling can be avoided, the convex portions can be removed quickly, and etching of the (100) plane can be suppressed.
このように、本発明の実施の形態1に係る半導体装置の製造方法によれば、活性層の露出及び上部半導体層のエッチング量を抑制しつつ、化合物半導体層の凸部を除去できる。そして、コンタクト層22をウェットエッチング工程におけるマスクとして使用することはないので、コンタクト層22を所望の厚さにすることができる。しかもコンタクト層22は、化合物半導体層20A、20Bの形成後に形成するので、コンタクト層22のドーパントが化合物半導体層20A、20Bの形成に伴う熱で拡散することはない。また、上部半導体層14の(111)A面で上部半導体層14のサイドエッチングを停止するので、当該サイドエッチング回避のために化合物半導体層を厚くする必要はなく、化合物半導体層20A、20Bの層厚は自由に設定できる。
As described above, according to the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, the convex portion of the compound semiconductor layer can be removed while suppressing the exposure of the active layer and the etching amount of the upper semiconductor layer. Since the
ところで、マスク16と上部半導体層14の密着性が低いと、ウェットエッチング工程で用いるエッチャントがマスク16と上部半導体層14の界面に侵入し、上部半導体層14のサイドエッチングが進行してしまう。本発明の実施の形態1に係る半導体装置の製造方法では、マスク16の材料にInGaAsを用いたので、SiO2でマスクを形成した場合と比較して、マスク16と上部半導体層14の密着性が高い。マスクと上部半導体層の密着性を高めるためには、マスクをエピタキシャル層で形成することが望ましい。
By the way, if the adhesion between the
図9は、マスクの種類と、上部半導体層のサイドエッチング量との関係を示すグラフ(測定結果)である。サイドエッチング量とは、マスクと上部半導体層の界面における上部半導体層のエッチング量である。マスクは、スパッタで形成したSiO2層(層厚100nm、RFパワー2kW)、スパッタで形成したSiO2層(層厚400nm、RFパワー1kW)、及びMOCVD法で形成したInGaAs層(層厚500nm)の3種類用意した。ウェットエッチングには、臭化水素酸:酢酸:水の混合比が1:3:1のエッチャントを使用した。
FIG. 9 is a graph (measurement result) showing the relationship between the type of mask and the side etching amount of the upper semiconductor layer. The side etching amount is the etching amount of the upper semiconductor layer at the interface between the mask and the upper semiconductor layer. The mask is a SiO 2 layer (
図9に示すように、SiO2層で形成されたマスクでは微量のサイドエッチングが生じたが、InGaAs層で形成されたマスクでは全くサイドエッチングは見られなかった。マスクをInGaAsで形成するとサイドエッチング量を低減できるのは、InGaAs層と上部半導体層(InP)との密着力が、SiO2層と上部半導体層(InP)との密着力より高いことが原因と考えられる。 As shown in FIG. 9, a small amount of side etching occurred in the mask formed of the SiO 2 layer, but no side etching was observed in the mask formed of the InGaAs layer. When the mask is formed of InGaAs, the amount of side etching can be reduced because the adhesion between the InGaAs layer and the upper semiconductor layer (InP) is higher than the adhesion between the SiO 2 layer and the upper semiconductor layer (InP). Conceivable.
また、マスク16の材料は、ウェットエッチング工程でマスクのエッチ速度が凸部のエッチ速度より遅くなる材料である限り、特に限定されない。例えば、シリコン酸化膜(SiO2)若しくはシリコン窒化膜(SiN)等の絶縁膜、又はInP、AlInP、InGaP、AlGaInP、InGaAsP、InAs、InGaAs、AlInAs、AlGaInAs、若しくはGaInNAs等のエピタキシャル層を使用しても良い。なお、マスクのGa又はAsの組成比を高くすることでウェットエッチング工程でのマスクのエッチングレートを低減できるので、Ga又はAsの組成比が高い材料でマスクを形成することが望ましい。
Further, the material of the
化合物半導体層20A、20Bの材料は、Inを含有する材料である限り特に限定されない。化合物半導体層20A、20Bは、InP、AlInP、InGaP、AlGaInP、InGaAsP、InAs、InGaAs、AlInAs、AlGaInAs、GaInNAsのいずれか1つのエピタキシャル層で形成しても良い。また、化合物半導体層20A、20BにドーパントとしてRu、Zn、S、Fe、Be、又はMgなどを混入させてもよい。
The material of the
ウェットエッチング工程で用いるエッチャントは、臭化水素酸と酢酸を含めば特に限定されない。例えば、臭化水素酸と酢酸に、水、硝酸、過酸化水素水、臭素の少なくとも一つを加えたエッチャントを用いてもよい。 The etchant used in the wet etching process is not particularly limited as long as it includes hydrobromic acid and acetic acid. For example, an etchant obtained by adding at least one of water, nitric acid, hydrogen peroxide solution, and bromine to hydrobromic acid and acetic acid may be used.
レーザ部18の形状は、垂直メサ型に限らず、順メサ型又は逆メサ型でもよく、これらとは別の形状でもよい。これらの変形は、以下の実施の形態に係る半導体装置の製造方法にも適宜応用することができる。
The shape of the
以下の実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、実施の形態1に係る半導体装置の製造方法との共通点が多いので、実施の形態1との相違点を中心に説明する。 Since the semiconductor device manufacturing method according to the following embodiment has much in common with the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment, the description will focus on the differences from the first embodiment.
実施の形態2.
実施の形態1では化合物半導体層として電流ブロック層を形成したが、実施の形態2では化合物半導体層として光変調器を形成する。つまり、実施の形態2に係る半導体装置の製造方法は、光変調器付きレーザダイオードを形成するものである。まず、レーザ部形成工程により、図10に示すレーザ部18を形成する。
Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, the current blocking layer is formed as the compound semiconductor layer, but in the second embodiment, the optical modulator is formed as the compound semiconductor layer. That is, the semiconductor device manufacturing method according to the second embodiment forms a laser diode with an optical modulator. First, the
次いで、半導体層形成工程により、図11に示す化合物半導体層60を形成する。化合物半導体層60は、レーザ部18の(011)面又は(0−1−1)面に接する光変調器を構成している。化合物半導体層60は、基板10の上に形成されたクラッド層62、クラッド層62の上に形成された活性層64、及び活性層64の上に形成されたクラッド層66を備えている。これらの層はMOCVD法で形成するので、クラッド層66のレーザ部18に接する部分には凸部66aが形成される。
Next, the
次いで、ウェットエッチング工程に処理を進める。ウェットエッチング工程では、臭化水素酸:酢酸:水の混合比が1:3:1のエッチャントに、硝酸、過酸化水素水、又は臭素などの酸化剤を加えたエッチャントを用いて凸部66aを除去する。図12は、ウェットエッチング工程の初期段階の化合物半導体層等を示す断面図である。図12には、凸部66aがエッチングされていることが示されている。
Next, the process proceeds to the wet etching process. In the wet etching process, the
ウェットエッチング工程は、凸部66aが完全に除去されてクラッド層66が平坦化されると終了する。図13は、ウェットエッチング工程終了後の半導体装置の断面図である。クラッド層66の(100)面へのエッチングが進行した結果、マスク16下の上部半導体層14の側面に(111)A面14cが形成され、この(111)A面14cによって上部半導体層14のエッチングが停止する。
The wet etching process ends when the
ところで、本発明の実施の形態2の半導体層形成工程では、(011)面又は(0−1−1)方向へ結晶成長するので、凸部66aに(111)A面が形成される場合がある。(111)A面は臭化水素酸と酢酸を含むエッチャントではエッチングしづらい。 By the way, in the semiconductor layer forming step according to the second embodiment of the present invention, since the crystal grows in the (011) plane or the (0-1-1) direction, the (111) A plane may be formed on the convex portion 66a. is there. The (111) A plane is difficult to etch with an etchant containing hydrobromic acid and acetic acid.
そこで、本発明の実施の形態2では、臭化水素酸、酢酸、及び水のエッチャントに、硝酸、過酸化水素水、又は臭素などの酸化剤を加えて(111)A面のエッチングレートを高めた。そのため、確実に凸部66aを除去することができる。エッチャントに酸化剤を加えることで、凸部66aの(111)A面のエッチングを促進しつつ、上部半導体層14の(111)A面のエッチングは抑制できる。これは、凸部66aはマスクで覆われていないので(111)A面以外の面からもエッチングが進みやすいのに対して、上部半導体層14はマスク16に覆われているので(111)A面以外の面のエッチングが進みにくいためである。
Therefore, in Embodiment 2 of the present invention, an oxidizing agent such as nitric acid, hydrogen peroxide, or bromine is added to an etchant of hydrobromic acid, acetic acid, and water to increase the (111) A-plane etching rate. It was. Therefore, the
実施の形態3.
実施の形態3に係る半導体装置の製造方法では、基板にレーザダイオード、光変調器、及び光導波路を形成する。まず、レーザ部形成工程により、図14に示すレーザ部18を形成する。次いで、基板10に光変調器100を形成する。光変調器100は、最上層に、InGaAsで形成されたマスク102を有している。
In the method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment, a laser diode, an optical modulator, and an optical waveguide are formed on a substrate. First, a
次いで、半導体層形成工程により、図15に示す化合物半導体層104を形成する。化合物半導体層104は、レーザ部18の(011)面又は(0−1−1)面に接し、光変調器100の(011)面又は(0−1−1)面に接している。化合物半導体層104は、InPを材料とするクラッド層106、クラッド層106の上に形成されたInGaAsP/InGaAsPを材料とする活性層108、活性層108の上に形成されたInPを材料とするクラッド層110を備えている。化合物半導体層104はMOCVD法で形成する。化合物半導体層104は凸部110a、110bを備えている。
Next, the
次いで、ウェットエッチング工程に処理を進める。ウェットエッチング工程では、臭化水素酸:酢酸:水の混合比が1:3:1のエッチャントを用いる。図16は、ウェットエッチング工程の初期段階の化合物半導体層等を示す断面図である。ウェットエッチング工程は、凸部110a、110bが完全に除去されてクラッド層110が平坦化されると終了する。
Next, the process proceeds to the wet etching process. In the wet etching process, an etchant having a mixture ratio of hydrobromic acid: acetic acid: water of 1: 3: 1 is used. FIG. 16 is a cross-sectional view showing a compound semiconductor layer and the like in the initial stage of the wet etching process. The wet etching process ends when the
図17は、ウェットエッチング工程終了後の半導体装置の断面図である。クラッド層110の(100)面へのエッチングが進行した結果、上部半導体層14の側面に(111)A面14dが形成され、クラッド層66の側面に(111)A面66bが形成される。(111)A面14dによって上部半導体層14のサイドエッチングが停止し、(111)A面66bによってクラッド層66のサイドエッチングが停止する。なお、エッチャントに酸化剤を加えてもよい。
FIG. 17 is a cross-sectional view of the semiconductor device after the wet etching process. As a result of the etching of the
こうして、活性層の露出及び上部半導体層のエッチング量を抑制しつつ、化合物半導体層の凸部を除去できる。実施の形態2、3の半導体装置の製造方法は、レーザ部と他の素子を1つの基板に混載した複合デバイスを製造するものである。このような複合デバイスでは、凸部を有する化合物半導体層の上にエピタキシャル成長する工程が複数回繰り返されるので、本発明の半導体装置の製造方法が特に有効である。そして、化合物半導体層で光変調器又は光導波路を構成することに限定されず、化合物半導体層で光結合器、光増幅器、EA変調器、又は位相変調器を構成しても良い。 Thus, the convex portions of the compound semiconductor layer can be removed while suppressing the exposure of the active layer and the etching amount of the upper semiconductor layer. The semiconductor device manufacturing method according to the second and third embodiments is to manufacture a composite device in which a laser part and other elements are mixedly mounted on one substrate. In such a composite device, since the process of epitaxial growth on the compound semiconductor layer having a convex portion is repeated a plurality of times, the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention is particularly effective. And it is not limited to comprising an optical modulator or an optical waveguide with a compound semiconductor layer, You may comprise an optical coupler, an optical amplifier, an EA modulator, or a phase modulator with a compound semiconductor layer.
実施の形態4.
実施の形態4に係る半導体装置の製造方法では、マルチモード干渉(MMI:Multi−Mode Interference)を利用した光合分波器を形成する。図18は、実施の形態4に係る半導体装置の平面図である。この半導体装置は、リッジストライプ150と、リッジストライプ150を埋め込む化合物半導体層152を備えている。リッジストライプ150は左側と中央と右側で形状が異なっている。つまり、リッジストライプ150は、左側で1本であり、中央で幅が最大となり、右側で2本に分岐する。なお、リッジストライプは光の伝達効率を最適化するために別の形状としてもよい。
Embodiment 4 FIG.
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the fourth embodiment, an optical multiplexer / demultiplexer using multi-mode interference (MMI) is formed. FIG. 18 is a plan view of the semiconductor device according to the fourth embodiment. This semiconductor device includes a
まず、レーザ部形成工程により、図19に示すレーザ部18を形成する。図19Aは図18のI−I´線に対応する部分の断面図であり、図19Bは図18のII−II´線に対応する部分の断面図であり、図19Cは図18のIII−III´線に対応する断面図である。なお、図20、21、22におけるABCも、図19のABCと同じ意味である。
First, a
次いで、半導体層形成工程により、図20に示す化合物半導体層20A、20B、20Cを形成する。化合物半導体層20A、20B、20Cは、InPで形成され、電流ブロック層として機能する。化合物半導体層20Aは凸部20aを有し、化合物半導体層20Bは凸部20bを有し、化合物半導体層20Cは2つの凸部20cを有している。
Next, compound semiconductor layers 20A, 20B, and 20C shown in FIG. 20 are formed by a semiconductor layer forming step. The compound semiconductor layers 20A, 20B, and 20C are formed of InP and function as a current blocking layer. The
次いで、ウェットエッチング工程により凸部を除去する。ウェットエッチング工程では、臭化水素酸:酢酸:水の混合比が1:3:1のエッチャントを用いる。図21は、ウェットエッチング工程の初期段階を示す断面図である。ウェットエッチング工程は、凸部が完全に除去されて化合物半導体層20A、20B、20Cが平坦化されると終了する。図22は、ウェットエッチング工程終了後の断面図である。 Next, the convex portion is removed by a wet etching process. In the wet etching process, an etchant having a mixture ratio of hydrobromic acid: acetic acid: water of 1: 3: 1 is used. FIG. 21 is a cross-sectional view showing an initial stage of the wet etching process. The wet etching process ends when the convex portions are completely removed and the compound semiconductor layers 20A, 20B, and 20C are planarized. FIG. 22 is a cross-sectional view after the wet etching process.
図22Aには上部半導体層14の側面に形成された(111)A面14e、14fが示されている。図22Bには上部半導体層14の側面に形成された(111)A面14g、14hが示されている。図22Cには上部半導体層14の側面に形成された(111)A面14i、14jが示されている。なお、ウェットエッチング工程で用いるエッチャントに酸化剤を加えてもよい。
FIG. 22A shows (111) A surfaces 14e and 14f formed on the side surface of the
マルチモード光干渉を利用した光合分波器は、複数の光導波路を連結させるため、マスク幅が広くなる部分がある。半導体層形成工程において、幅が広いマスクの上では大量のガス種がマイグレーションするので、マスクの横の凸部が大きくなる。そのため、マスクの剥離を防止しつつ凸部を除去できる本発明の方法が特に有効である。また、光合分波器では、化合物半導体層の表面を平坦にすることで伝達効率の改善が可能となる。 An optical multiplexer / demultiplexer using multi-mode optical interference has a portion where the mask width becomes wide in order to connect a plurality of optical waveguides. In the semiconductor layer forming step, a large amount of gas species migrates on a wide mask, so that the convex portion on the side of the mask becomes large. Therefore, the method of the present invention that can remove the protrusion while preventing the mask from peeling is particularly effective. In the optical multiplexer / demultiplexer, the transmission efficiency can be improved by flattening the surface of the compound semiconductor layer.
図23は、リッジストライプの形状の変形例を示す平面図である。図23Aのリッジストライプ150はストレート型である。図23Bのリッジストライプ150はフレア型である。図23Cのリッジストライプ150は曲がり光導波路型である。図23Dのリッジストライプ150は分岐型である。図23Eのリッジストライプ150はマッハツェンダー導波路型である。リッジストライプの平面形状とマスクの平面形状は同じである。つまり、マスクの平面形状を変形させることで、任意の形状のリッジストライプを形成できる。
FIG. 23 is a plan view showing a modification of the shape of the ridge stripe. The
ここまでに説明した各実施の形態の特徴は適宜に組み合わせて用いてもよい。 The features of the embodiments described so far may be combined as appropriate.
ところで、実施の形態1−4におけるレーザ部18は、活性層12、上部半導体層14、及びマスク16を有する非常にシンプルな構成とした。しかしながら、レーザ部18の構成は、このようなシンプルな構成に限定されず、様々な変形をなし得る。
つまり、レーザ部18は、マスク16、上部半導体層14、及び活性層12を有する限り様々な変形をなし得る。例えば、上部半導体層14は、クラッド層を最上層に備える複数の半導体層で形成してもよい。
By the way, the
That is, the
図24は、レーザ部18の変形例を示す図である。図24に示すレーザ部18は、分布帰還型レーザ素子(DFB−LD)を構成している。上部半導体層14は、光閉じ込め層14A、バリア層14B、回折格子構造を有するガイド層14C、及びクラッド層14Dを備えた多層構造になっている。また、活性層12と基板10の間には、光閉じ込め層とクラッド層を備えた下部半導体層200が形成されている。ガイド層14Cは活性層12と基板10の間に形成してもよい。クラッド層14Dは、コンタクト層又はキャップ層の役割を兼ねてもよい。その場合、クラッド層14Dを、コンタクト層又はキャップ層と呼ぶことがある。基板10はn型半導体で形成してもよい。
FIG. 24 is a diagram illustrating a modification of the
図24のレーザ部18の場合、ウェットエッチング工程においてクラッド層14Dに(111)A面が形成され、上部半導体層14(クラッド層14D)のサイドエッチングを停止させることができる。この場合、ガイド層14Cの露出、及びクラッド層14Dのエッチング量を抑制できる。当然ながら、活性層12の露出も回避できる。
In the case of the
10 基板、 12 活性層、 14 上部半導体層、 14a、14b (111)A面、 16 マスク、 18 レーザ部、 20A,20B 化合物半導体層、 20a,20b 凸部、 22 コンタクト層、 24 レジスト、 60 化合物半導体層、 62,66 クラッド層、 64 活性層、 66a 凸部、 100 光変調器、 102 マスク、 104 化合物半導体層、 110a,110b 凸部、 150 リッジストライプ、 152 化合物半導体層 10 substrate, 12 active layer, 14 upper semiconductor layer, 14a, 14b (111) A plane, 16 mask, 18 laser part, 20A, 20B compound semiconductor layer, 20a, 20b convex part, 22 contact layer, 24 resist, 60 compound Semiconductor layer, 62, 66 cladding layer, 64 active layer, 66a convex part, 100 optical modulator, 102 mask, 104 compound semiconductor layer, 110a, 110b convex part, 150 ridge stripe, 152 compound semiconductor layer
Claims (7)
Inを含有する材料で、前記レーザ部の側面に接し、前記レーザ部と接する部分に凸部を有する化合物半導体層を形成する半導体層形成工程と、
臭化水素酸と酢酸を含むエッチャントによって、前記凸部を除去し、前記化合物半導体層を平坦にするウェットエッチング工程と、を備え、
前記ウェットエッチング工程によって、前記マスクの下の前記上部半導体層に(111)A面が形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。 A laser part forming step of forming a laser part on a part of the substrate, comprising an active layer, an upper semiconductor layer formed on the active layer, and a mask formed on the upper semiconductor layer;
A semiconductor layer forming step of forming a compound semiconductor layer having a convex portion in a portion in contact with the side surface of the laser portion and in contact with the laser portion, using a material containing In;
A wet etching step of removing the protrusions and flattening the compound semiconductor layer with an etchant containing hydrobromic acid and acetic acid,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a (111) A plane is formed in the upper semiconductor layer under the mask by the wet etching process.
前記エッチャントは、前記臭化水素酸と前記酢酸に加えて、酸化剤を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 The compound semiconductor layer is in contact with the (011) plane or the (0-1-1) plane of the laser portion,
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the etchant includes an oxidizing agent in addition to the hydrobromic acid and the acetic acid.
前記化合物半導体層は、InP、AlInP、InGaP、AlGaInP、InGaAsP、InAs、InGaAs、AlInAs、AlGaInAs、GaInNAsのいずれか1つで形成されたことを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。 The upper semiconductor layer is made of InP;
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the compound semiconductor layer is formed of any one of InP, AlInP, InGaP, AlGaInP, InGaAsP, InAs, InGaAs, AlInAs, AlGaInAs, and GaInNAs. Production method.
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